[发明专利]具有激光焊接的引线框的功率半导体模块

说明书

一种功率半导体模块(10)包括具有结构化金属化层(22)的衬底(12)；利用第一功率电极(38)结合到金属化层(22)的半导体芯片(14)；引线框(16，18)，该引线框被激光焊接到所述半导体芯片(14)的组(36a，36b)的第二电极(40)，用于电互连半导体芯片(14)；控制导体(52)，该控制导体(52)附接到与半导体芯片(14)相对的引线框(16，18)并且与引线框(16，18)电隔离。控制导体(52)电连接到组(36a，36b)中的半导体芯片(14)的控制电极(58)。

技术领域

本发明涉及一种功率半导体模块。

背景技术

功率半导体模块中通常使用的半导体芯片(诸如IGBT、MOSFET、二极管等)是垂直器件。电流从顶侧源极/发射极触点垂直流向底侧漏极/集电极触点。芯片的底侧的整个区域被结合(例如焊接或烧结)到金属层(例如陶瓷衬底的顶部金属化层)。顶侧连接通常通过大量粗引线结合来实现。

最近的发展集中于用由SiC或GaN制成的宽带隙器件代替Si器件，因为在最小化开关损耗和/或增加开关频率方面有有益的性质。此外，电流密度增加，并且较少的芯片面积可用于容纳给定电流所需数量的引线结合。

引线结合技术在电流能力方面可能达到其极限。这已经引发了从Al引线转变到Cu引线以确保可靠结合。尽管如此，新型功率半导体开关的不断增加的电流密度可能需要优越的顶侧连接。

另外，大量的粗结合线可能限制每台引线结合机装备的制造产量，并可能导致引线结合工具的显著磨损。此外，具有大量引线结合的功率半导体模块的可靠性可能被限制，因为引线结合故障(诸如剥离、跟部断裂等)属于主要故障机制。

US 2018 090 338A1描述了一种具有焊接到结合到芯片的应力缓冲层的引线框的功率半导体模块。

US 2014/217 600A1涉及半导体模块的制造，该半导体模块具有结合到加热体的几个半导体芯片。

DE 10 2012 222 791A1示出了一种具有接触元件的半导体模块，该接触元件通过烧结层激光焊接到功率半导体芯片。

JP 2013 105 789A示出了具有电接触元件的半导体模块，该电接触元件结合到两个半导体芯片，并且柔性电路板附接到该电接触元件。

发明内容

本发明的目的是提供一种可靠且容易且快速地制造具有高电流密度的功率半导体模块。

这个目的通过独立权利要求的主题来实现。从从属权利要求和以下描述中，另外的示例性实施例是显而易见的。

本发明涉及一种功率半导体模块。功率半导体模块可以是包括功率半导体芯片、它们的电互连件、端子和支撑所有这些部件的机械结构的组件。功率半导体模块可以包括外壳和从外壳突出的端子。例如，以上提及的零件可以装入由聚合物材料制成的外壳中。

在此和下文中的术语“功率”可以涉及模块、芯片和/或器件，其适于处理大于100V(例如大于100V)、和/或大于1A(例如大于10A)的电压。

功率半导体芯片可以是和/或可以提供一个或多个半导体器件，诸如晶体管、晶闸管和/或二极管，特别是IGBT、IGCT和/或MOSFET。一些或所有功率半导体芯片可以是功率半导体开关。功率半导体芯片可以由Si和/或由宽带隙材料制成，诸如SiC、GaN等。

根据本发明的实施例，功率半导体模块包括具有结构化金属化层的衬底和利用第一功率电极结合到金属化层的多个半导体芯片。衬底可以包括例如由陶瓷制成的隔离层和可以由诸如Cu的金属制成的金属化层。金属化层可以被结构化，即被分成在隔离层上电断开(但是可以通过另外的导体电连接)的区域。

半导体芯片可以被烧结和/或钎焊到金属化层。第一功率电极(诸如漏极、源极、集电极或发射极)可以覆盖半导体芯片的面向金属化层的整个侧面。